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Energia elettrica dal sole: il fotovoltaico di seconda generazione

I “film sottili”

A cura del servizio InformaEnergia


I pannelli solari fotovoltaici sono stati sviluppati inizialmente per la navigazione spaziale, come generatori di energia elettrica per i satelliti. A distanza di anni dalle prime applicazioni industriali la ricerca si sta orientando da un lato verso processi produttivi in grado di ridurre i costi, in particolare diminuendo l'impiego di materia prima e quindi producendo celle sempre più sottili, dall'altro si studiano nuove tecnologie in grado di aumentare l'efficienza. Purtroppo spesso questi due obiettivi risultano in contrasto tra loro.

Per comodità possiamo classificarne la tecnologia fotovoltaica in base al tempo suddividendola in 3 generazioni:

  • la prima è quella delle celle a base di silicio cristallino che oggi ricopre circa il 90% del mercato
  • la seconda, che oggi è in fase di sviluppo, è quella dei moduli fatti con film sottili su substrati a basso costo (vetro, plastica o acciaio)
  • la terza si riferisce alle tecnologie basate su concetti innovativi, che, pur avendo avuto conferma sperimentale in laboratorio e applicazioni spaziali, ancora non hanno trovato una sufficiente sperimentazione pratica per passare alla fase della produzione industriale, in particolare le celle a giunzione multipla.


Il fotovoltaico di seconda generazione

Prospettive molto interessanti vengono dal fotovoltaico “di seconda generazione” che, a fronte di rendimenti mediamente inferiori, risulta più economico.
Questo apre la strada a nuove tecnologie in apparenza molto meno efficienti, ma che sul campo si stanno dimostrando sempre più competitive. É il caso delle celle solari a film sottile.
I primi passi in questa direzione sono stati fatti utilizzando il silicio, ma amorfo, cioè privo di struttura cristallina. In questo caso non si parla di celle, in quanto il materiale viene depositato su diversi supporti in sottilissimi strati di spessore fino a 100 volte inferiore alle celle cristalline.
Le celle in silicio amorfo consentono enormi risparmi di materia prima, hanno un processo produttivo meno energivoro e buoni rendimenti in condizioni reali.

Un’evoluzione di questa tecnologia già disponibile sul mercato è costituita dai pannelli CIS (in diseleniuro di indio e rame) che offrono rendimenti superiori, e si attendono ulteriori progressi dai pannelli CIGS (con l'aggiunta di gallio) e CdTe (in tellururo di cadmio) che hanno raggiunto risultati molto incoraggianti in laboratorio e per i quali si attende l'industrializzazione. La diffusione di questi processi su scala industriale potrebbe portare a riduzione dei costi di produzione superiori al 70%.

Vantaggi del film sottile

A fronte di un’efficienza sicuramente inferiore rispetto al silicio cristallino, le celle a film sottile hanno il vantaggio di funzionare meglio in condizioni non ottimali.
Se infatti i test vengono fatti in laboratorio, le condizioni di utilizzo possono discostarsi parecchio da quelle ideali e i moduli a film sottile, rispetto ai cristallini, subiscono diminuzioni di efficienza inferiori all’aumentare della temperatura (sui tetti spesso si raggiungono temperature elevate), risentono meno degli ombreggiamenti e di un'inclinazione non ottimale, iniziando a produrre prima al mattino e terminando più tardi la sera, sfruttano meglio la luce diffusa e riflessa soprattutto in condizioni di cielo nuvoloso.
Considerando quindi che quella che interessa è la capacità produttiva nel corso dell'anno in condizioni reali, il film sottile risulta senza dubbio competitivo. La possibilità di ottenere pannelli flessibili offre inoltre prospettive molto interessanti per l'integrazione architettonica.


Il futuro

Tutto questo in attesa del fotovoltaico di 3° generazione:
celle a colorante organico (ovvero da composti del carbonio) ottenute da pigmenti estratti da vegetali (antocianine), celle plomeriche e celle a giunzione multipla in grado di sfruttare l'energia contenuta in tutto lo spettro della radiazione solare potrebbero portare a costi molto inferiori agli attuali e rendimenti molto superiori.

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